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Elektrischer Drucktastenschalter
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Die Erfindung geht von einem Drucktastenschalter aus, der die Merkmale
aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist.
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Ein derartiger Drucktastenschalter ist z.B. aus der EP-OS 00 34 575,
aber auch aus der Praxis bekannt. Die Drucktaste dieser Schalter kann gegenüber
dem Gehäuse linear verschoben werden. Um zwei stabile Raststellungen für sie zu
erhalten, ist am Gehäuse ortsfest eine herzförmige Schaltkurve angeordnet, mit der
eine Kugel zusammenwirkt, die in einer länglichen, quer zur Bewegungsrichtung der
Drucktaste verlaufenden Nut an der Drucktaste geführt ist. Bei einer Verschiebung
der Drucktaste wird also auch die Kugel in Richtung dieser Verschiebung mitgenommen.
Die Drucktaste kann zugleich der Stößel sein. Es ist jedoch auch eine Trennung mit
unterschiedlichen Bewegungen der beiden Teile möglich.
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Die herzförmige Schaltkurve ist mit zwei Kugelfallen ausgerüstet,
in denen sich die Kugel in den zwei bei dem bekannten Schalter vorhandenen Schaltstellungen
der Drucktaste befindet.
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Soll die Drucktaste von der einen Schalt stellung in die andere Schaltstellung
übergeführt werden, so muß die Kugel von der einen Kugelfalle in die andere Kugelfalle
gelangen. Dies ist nur möglich, wenn die Kugel in der Schaltkurve in einem bestimmten
Richtungssinn umläuft. Befindet sich z.B. die Drucktaste in der nicht gedrückten
Schalt stellung und wird sie nun über ihre zweite stabile Position hinaus bis zu
einer Überhubposition bewegt, so wird die Kugel um einen Vorsprung einer zentralen
Kulisse der Schaltkurve herumgeführt. Läßt man nun die Drucktaste los, so daß eine
gespannte Feder die Drucktaste zurückbewegt, so stößt die Kugel gegen den Vorsprung
und rutscht an der Kulisse entlang in die zweite Kugelfalle. Die Drucktaste befindet
sich jetzt in ihrer zweiten stabilen Schalt stellung. Bei einer Umschaltung von
der zweiten in die erste Schaltstellung wird während einer Überhubbewegung die Kugel
von der zentralen Kulisse der Schaltkurve frei und kann dann, während die Drucktaste
von der gespannten Feder in die
erste Schaltstellung geschoben wird,
in die erste Kugelfalle zurückkehren.
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Wie schon erwähnt, ist es nur dann möglich, die Drucktaste von der
einen in die andere stabile Schaltstellung zu überführen, wenn die Kugel eine ganz
bestimmte Umlaufrichtung in der Schaltkurve hat. Wird nämlich die Drucktaste z.B.
aus der nicht gedrückten Schaltstellung in die Überhubposition gebracht und läuft
dabei die Kugel entgegen der oben beschriebenen Richtung in der Schaltkurve, so
kehren nach dem Loslassen die Kugel und die Drucktaste wieder in die erste Schaltstellung
zurück. Ebenso kehren sie in die zweite Schaltstellung zurück, wenn sie von dort
in die Überhubposition bewegt worden sind und dabei die Kugel in die falsche Richtung
der Schaltkurve gelaufen ist.
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Eine mögliche Ursache für eine falsche Umlaufrichtung der Kugel in
der Schaltkurve ist, daß die Einbaulage des Drucktastenschalters z.B. im Armaturenbrett
eines Kraftfahrzeugs und die Anordnung der Schaltkurve und der Führungsnut für die
Kugel am Schalter nicht aufeinander abgestimmt sind. Bei der Konstruktion von Drucktastenschaltern
der bekannten Art, muß also immer audi die Einbaulage des Schalters berücksichtigt
werden, so daß schon von daher der Aufbau des Schalters gewissen Beschränkungen
unterworfen ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Drucktastenschalter, der die Merkmale
aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist, so weiterzuentwickeln, daß die mögliche
Einbaulage bzw. die möglichen Einbaulagen und die Anordnung von Schaltkurve und
Kugel im Schalter völlig unabhängig voneinander sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Schalter
mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 die Kugel durch ein sich an
ihr abstützendes Federelement in ihrer leichten Beweglichkeit innerhalb der Führungsnut
eingeschränkt ist. Damit ist sichergestellt, daß bei einer Umschaltung die Kugel
nur durch die entsprechenden Schaltflanken der Schaltkurve und nicht durch die Schwerkraft
in der Führungsnut bewegt werden kann. Durch die Schaltflanken
allein
ist jedoch die notwendige Umlaufrichtung der Kugel in der Schaltkurve gewährleistet.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Drucktastenschalters
sind in den Unteransprüchen zu finden.
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So ist z.B. eine Ausbildung gemäß Anspruch 2 deshalb günstig, weil
keine Gefahr besteht, daß das Federelement von der Kugel abrutscht.
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Die Kugel kann von dem Federelement gegen eine Längswand der Führungsnut
gedrückt werden. Günstiger erscheint es jedoch, wenn gemäß Anspruch 4 das Federelement
die Kugel auch oder allein gegen den Boden der Schaltkurve drückt. Das Federelement
wird dann während der Schaltbewegungen weniger beeinflußt. Wenn es nämlich die Kugel
gegen eine Längswand der Führungsnut drückt, so muß es sie zumindest auf einem Teil
des Weges bei einer Umschaltung auch gegen eine Schaltflanke der Schaltkurve drücken.
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Außer an der Kugel stützt sich das Federelement gemäß Anspruch 5 vorteilhafterweise
des weiteren am zweiten Teil ab, also an dem Teil, an dem sich auch die Führungsnut
für die Kugel befindet. Die Ansprüche 6 bis 8 enthalten vorteilhafte Weiterbildungen
eines erfindungsgemäßen Drucktastenschalters, die dazu beitragen, daß auf der gesamten
Strecke, die sich die Kugel in der Führungsnut bewegen kann, eine wenigstens annähernd
gleichbleibende Kraft auf sie ausgeübt wird.
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Gemäß Anspruch 9 ist es günstig, wenn die Blattfeder mit ihrem freien
Ende die eine Längswand der Führungsnut bildet. Dadurch wird die Kugel zur anderen
Längswand der Führungsnut hin belastet, und die Tendenz der Kugel, aus der Führungsnut
herauszukommen, ist nur gering. In anderer Weise betrachtet läßt sich sagen, daß
dann eine oder nur geringe Kräfte auftreten, die die beiden Teile, an denen sich
die Führungsnut und die Schaltkurve befinden, voneinander abstoßen.
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Eine Ausführung gemäß Anspruch 9 hat jedoch den Nachteil, daß eine
Längswand der Führungsnut elastisch ist, so daß eine eindeutige Führung der Kugel
in Verschieberichtung der Drucktaste nicht mehr gewährleistet ist. Es ist vielmehr
möglich, die Drucktaste um kleine Wege zu verschieben, ohne daß dabei wobei die
Kugel mitgenommen, das Federelement jedoch zusammengedrückt wird. Dies kann sich
im Schaltgefühl negativ bemerkbar machen.
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Dieser Nachteil wird vermieden, wenn gemäß Anspruch 10 die Blattfeder
mit ihrem freien Ende die Kugel und die Führung nut zumindest teilweise abdeckt.
Dann wird nämlich die Kugel von der Blattfeder in die Schaltkurve hineingedrückt
und die Führungsnut kann zwei stabile Längswände haben.
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Vorteilhafterweise sind gemäß Anspruch 13 zwei Federelemente vorhanden,
deren Kräfte zur Einschränkung der leichten Beweglichkeit der Kugel in der Führungsnut
sich addieren. Die auf die Kugel wirkende resultierende Kraft kann auch dann senkrecht
auf die Schaltkurve gerichtet sein, wenn die Kraft, die von einem einzelnen Federelement
in die Kugel eingeleitet wird, einen Winkel mit der resultierenden Kraft bildet.
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Die Ansprüche 14 bis 16 enthalten Merkmale, die sich auf die günstige
Anordnung und Ausbildung der beiden Federelemente gemäß Anspruch 13 beziehen.
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Mehrere erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele eines Drucktastenschalters
sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen soll
die Erfindung nun näher erläutert werden.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführung, bei der
zwei Blattfedern dachartig die Führungsnut der Kugel in der Drucktaste überdecken,
Fig.
2 eine Ansicht eines umgrenzten Bereichs des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 in
Richtung des Pfeiles A aus Fig. 1, wobei ein äußeres Gehäuseteil weggelassen ist,
und Fig. 3 ein Schnitt ähnlich dem aus Fig. 1 durch ein zweites Ausführungsbeispiel,
bei dem eine Längswand der Führungsnut für die Kugel federnd ausgebildet ist.
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Die beiden Ausführungsbeispiele können bis auf einen engen Bereich
um die Führungsnut in der Drucktaste 10 herum als völlig gleich aufgebaut angesehen
werden. Sie besitzen ein Gehäuse 11, zu dem ein Rahmen 12 gehört, an dessen eine
Stirnseite die Drucktaste 10 aus dem Schaltergehäuse 11 herausragt und dessen andere
Stirnseite mit einer Bodenplatte 13 verschlossen ist.
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Von dieser ragen Wände 14 und 15 in das Schalterinnere hinein, die
jeweils einen Abstand vom Rahmen 12 haben, so daß zwischen ihnen und dem Rahmen
12 Zwischenräume 16 und 17 entstanden sind.
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In diese Zwischenräume 16 und 17 greift die Drucktaste 10 mit den
Führungsbeinen 18 und 19 hinein. Die Drucktaste 10 bildet zugleich den Stößel des
Schalters.
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Zwischen den Führungsbeinen 18 und 19 besitzt die Drucktaste 10 einen
in dieselbe Richtung wie die Beine 18 und 19 zeigenden Stiel 25, der in den Raum
zwischen den Wänden 14 und 15 der Bodenplatte 13 hineinragt und dort eine Kontaktbrücke
26 trägt.
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Diese Kontaktbrücke 26 arbeitet mit drei Festkontakten 27 zusammen,
die die Bodenplatte 13 als Flachstecker 28 verlassen und an den dem Stiel 25 der
Drucktaste 10 zugewandten Flächen der Wände 14 und 15 der Bodenplatte 13 anliegen.
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Am der Bodenplatte 13 zugewandten Ende des Stiels 25 stützt sich über
eine Zwischenplatte 29 eine Schraubendruckfeder 30 ab, die in einer Bohrung 31 der
Bodenplatte 13 geführt ist und als weiteres Wiederlager neben der Zwischenplatte
29 den Boden 32 dieser Bohrung 31 besitzt. Die Schraubendruckfeder 30 ist vorgespannt
und versucht, die Drucktaste 10 unabhängig
von deren aktuellen
Position aus dem Schaltergehäuse 11 hinauszudrücken. Im Zusammenspiel mit einer
speziellen Rastvorrichtung führt dies dazu, daß die Drucktaste 10 zwei stabile Schaltstellungen
einnehmen kann.
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Zur Rastvorrichtung, die in Fig. 2 besonders gut zu erkennen ist,
gehört eine herzförmige Schaltkurve 40, die sich, dem Rahmen 12 des Gehäuses 11
zugewandt, an der Wand 14 der Bodenplatte 13 befindet und deren Spitze 41 von der
Bodenplatte 13 wegweist. Die Schaltkurve 40 wirkt mit einer Kugel 42 zusammen, die
in einer länglichen, quer zur Bewegungsrichtung der Drucktaste 10 verlaufenden Führungsnut
43 am Führungsbein 19 der Drucktaste 10 geführt ist. Die Tiefe der Schaltkurve 40
entspricht in etwa dem Radius der Kugel 42, so daß diese bis zur Hälfte aus der
Führungsnut 43 in die Schaltkurve 40 eintauchen kann. Sowohl an der äußeren Begrenzung
als auch an einer zentralen Kulisse 44 besitzt die Schaltkurve 40 Schaltflanken
45,46,47,48 und 49, die während des Niederdrückens der Drucktaste 10 aus einer stabilen
Schaltstellung in eine Überhubposition und während der anschließenden Verschiebung
der Drucktaste 10 durch die Schraubendruckfeder 30 die Kugel 42 aus einer ersten
Kugelfalle 55 in eine zweite Kugelfalle 56 der Schaltkurve 40 überführen und dadurch
eine Umschaltung ermöglichen sollen.
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In Fig. 2 ist die Kugel 42 in der Kugelfalle 55 der Schaltkurve 40
gezeigt. Die Drucktaste 10 befindet sich in der nicht niedergedrückten Schaltstellung.
Wird sie nun niedergedrückt, so stößt nach einem gewissen Weg die Kugel 42 gegen
die Schaltflanke 45 der Kulisse 44 und wird von dieser in der Führungsnut 43, in
der Ansicht nach Fig. 2 betrachtet, nach rechts verschoben. Nach einem weiteren
Stück Weges der Drucktaste 10, währenddessen die Kugel 42 in der Führungsnut 43
nicht verschoben wird, stößt die Kugel gegen die Schaltflanke 46, die sie nach links
unter die Kulisse 44 bewegt. Jetzt wird die Drucktaste 10 losgelassen, und die Schraubendruckfeder
30 kann sie nach oben verschieben. Die Kugel stößt
gegen die Schaltflanke
47 der Kulisse 44 und gelangt an dieser entlang in die Kugelfalle 56. Die Kugel
42 kann sich nicht mehr weiter nach oben bewegen und hält die Drucktaste 10 in der
nun eingenommenen Schaltstellung. Wird die Drucktaste 10 dann wieder in die Überhubposition
niedergedrückt, so wird während dieser Bewegung die Kugel 42 von der Schaltflanke
48 weiter nach links verschoben und kann nach dem Loslassen der Drucktaste 10 an
der Kulisse 44 vorbei zur Schaltflanke 49 gelangen, von der sie wieder in die Kugelfalle
55 geführt wird.
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Um die Drucktaste aus der in Fig. 2 gezeigten Schaltstellung in eine
Überhubposition niederdrücken zu können, ist es nicht unbedingt notwendig, daß sich
die Kugel 42 in der eben beschriebenen Weise in der Schaltkurve 40 bewegt. Ein Niederdrücken
ist vielmehr auch dann möglich, wenn die Kugel nicht gegen die Schaltflanke 45 stößt,
weil sie sich aufgrund der Schwerkraft zu Beginn der Bewegung in der Führungsnut
43 zu weit nach links bewegt hat. Im Unterschied zum vorhin beschriebenen Bewegungsablauf
kehren dann jedoch die Drucktaste 10 und die Kugel 42 nach dem Loslassen wieder
in ihre Ausgangslage zurück. Ein Umschalten ist also dann nicht möglich.
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Dasselbe gilt auch, wenn als Ausgangslage die niedergedrückte Schaltstellung
der Drucktaste 10 betrachtet wird, in der sich die Kugel 42 in der Kugelfalle 56
befindet. Die Schwerkraft muß dann jedoch derart wirken, daß sie die Kugel 52 in
der Führungsnut 43 nach rechts bewegt.
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Um Einflüsse der Schwerkraft auf das Schaltverhalten des Drucktastenschalters
auch dann zu vermeiden, wenn dies durch eine Abstimmung zwischen der Anordnung der
Schaltkurve und der Führungsnut im Schalter und der Einbaulage des Schalters nicht
oder nur schwer möglich ist, ist bei den zwei gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
die Kugel 42 durch mindestens ein sich an ihr abstützendes Federelement 60 bzw.
61 in ihrer leichten Beweglichkeit innerhalb der Führungsnut 43 eingeschränkt. Die
Schwerkraft ist deshalb nicht mehr stark genug, die Kugel 42 in der Führungsnut
43 zu bewegen, so daß die richtige Umlaufrichtung der Kugel 42 in der Schaltkurve
40
unabhängig von der Einbaulage des Schalters immer gewährleistet
ist.
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Die Ausführung nach den Fig. 1 und 2 besitzt zwei gleiche Federelemente
60, deren auf die Kugel 42 ausgeübten Kräfte zu einer Kraft resultieren, die senkrecht
auf den Boden der Schaltkurve 40 gerichtet ist. Die beiden Federelemente 60 sind
Blattfedern, die entlang den Längswänden 62 der Führungsnut 43 einstückig an das
Führungsbein 19 der Drucktaste 10 angeformt sind. Die Dicke der Wände 62 ist geringer
als der Radius der Kugel 42. Die Blattfedern 60 beginnen an einer Seitenfläche 63
der Wände 62, sind winkelartig geformt und greifen mit ihrem freien Ende über die
Kugel 42 und die Führungsnut 43. Dort wird von jeder Blattfeder 60 die Kraft in
etwa radial in die Kugel 42 eingeleitet. Durch die stabilen Längswände 62 ist eine
eindeutige Führung für die Kugel 42 und durch die Blattfedern 60 eine Einschränkung
in der Beweglichkeit der Kugel 42 gewährleistet.
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Zwischen den freien Enden der beiden Blattfedern 60 ist ein Abstand
vorgesehen, so daß sich die Federn in ihrer Wirkung nicht gegenseitig behindern
können. Wie man in Fig. 2 erkennen kann, ist die Ausdehnung dieser Blattfeder 60
in Längsrichtung der Führungsnut 43 größer als der maximale Weg der Kugel 42 in
der Führungsnut 43. Damit wird erreicht, daß keine Gefahr besteht, daß die Blattfedern
60 von der Kugel 42 abrutschen und dadurch eventuell eine Blockade des Schalters
bewirken, und es wird erreicht, daß der Druck auf die Kugel 42 im gesamten Bewegungsbereich
wenigstens annähernd gleich bleibt. Andererseits ist die Ausdehnung der Blattfedern
60 in Längsrichtung der Führungsnut 43 kürzer als diese. Dadurch wird ihre Entformung
während der Herstellung leichter. Auch ist sichergestellt, daß sie nur an den Längswänden
62 mit dem Führungsbein 19 der Drucktaste 10 verbunden sind. Auch dies trägt zu
Vergleichmäßigung des Drucks auf die Kugel 42 in deren gesamten Bewegungsbereich
bei. Mit Blick auf die
Fig. 1 sei noch darauf hingewiesen, daß
zwischen den Blattfedern 60 und dem Rahmen 12 ein Abstand besteht, so daß die Kugel
42 nicht zwischen dem Rahmen 12 und den Blattfedern 60 einerseits und der Steuerkurve
40 andererseits eingeklemmt werden kann.
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Beim Zusammenbau des Schalters aus den Fig. 1 und 2 werden zunächst
die Bodenplatte 13 und die Drucktaste 10 aneinander montiert. Dabei müssen das Führungsbein
19 der Drucktaste 10 und die Wand 14 der Bodenplatte 13 federnd einander ausweichen,
um es der in die Führungsnut 43 eingelegten Kugel 42 zu gestatten, in die Steuerkurve
40 zu gelangen. Dabei können auch die Blattfedern 60 nachgeben. Danach werden die
beiden Teile 10 und 13 in den Rahmen 12 eingesetzt.
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Bei der Ausführung nach Fig. 3 wird nur ein Federelement 61 verwendet,
das die Kugel 42 in ihrer Beweglichkeit innerhalb der Führungsnut 43 einschränkt.
Auch das Federelement 61 ist eine Blattfeder, die in Längsrichtung der Führungsnut
43 an das Führungsbein 19 der Drucktaste angeformt ist. Ihre Ausdehnung in Längsrichtung
der Führungsnut 43 mag mit der entsprechenden Ausdehnung der Blattfedern 60 übereinstimmen.
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Die Blattfeder 61 ist mäanderförmig ausgebildet und stellt die eine
Längswand der Führungsnut 43 dar. Sie drückt mit ihrem freien Ende,wo wiederum radial
eine Kraft in die Kugel 42 eingeleitet wird, die Kugel gegen die andere, feste Längswand
62 der Führungsnut 43.
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Bei dieser Lösung ist es möglich, die Kugel 42 erst dann in die Führungsnut
43 einzulegen, wenn die Bodenplatte und die Drucktaste 10 aneinander montiert sind.
Andererseits ist jedoch die Kugel 42 nach dieser Montage nicht unverlierbar gehalten.
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